悉尼大学研发出首个新型光子芯片

悉尼大学纳米研究所开发出首个新光子芯片

悉尼大学的研究人员首次将光子滤波器和调制器结合在一个芯片上，使他们能够精确地检测整个射频（RF）频谱的宽带信号。这项工作使光子芯片向有可能取代光纤网络中体积更大、更复杂的电子射频芯片的那一天又迈进了一步。

悉尼大学的研究小组利用了受激布里渊散射，这项技术涉及到 将电场转换成压力波 在某些绝缘体中，如光纤。早在2011年，研究人员实现了布里渊散射 持有的高分辨率滤波的潜力，并开发了新的制造技术，将一个 硫族化物 硅芯片上的布里渊波导。2023年，他们成功地在同一种芯片上组合了光子滤波器和调制器。使实验芯片的光谱分辨率达到37兆赫，比以前的芯片有更宽的带宽。这项研究不久前发表于《自然通讯》。

调制器与这种有源波导的集成是这项研究的关键突破，纳米光子学研究人员 ，采取不同的方法，寻求在一个微小的封装中实现宽带，高分辨率的光子无线电灵敏度。当在100千兆赫兹波段达到低于10兆赫的频谱分辨率时，他们将能够在市场上取代体积更大的电子射频芯片。这种芯片的另一个优点是，它们将RF信号转换为光信号，以便通过光纤网络直接传输。这场竞争的获胜者将能够进入电信供应商和国防制造商的巨大市场，他们能够可靠地导航复杂的射频（RF）环境的无线电接收器。

硫族化物具有很强的布里渊效应；这是非常诱人的，但仍有一个问题，这是否是可扩展的，因为它仍然被认为还是一个实验室材料。悉尼大学的研究小组创造了一种新的方法，将硫族化合物波导在5毫米见方的封装中放入标准制造的硅芯片中，这是具有很高的难度。2017年，该小组想出了如何将硫属化合物结合到硅输入/输出环上，但直到今年才有人用标准芯片来管理这种组合。

光子芯片是一项全球性的努力

其他研究小组正在研究可能也提供类似性能的不同材料。例如，铌酸锂具有比硅更好的调制特性，Marpaung在仍在接受同行评审的工作中表明，铌酸锂可以通过布里渊散射提供类似的高分辨率滤波。另一个由耶鲁大学的Peter Rakich领导的小组去年展示了一个纯硅波导和芯片的组合。 可实现2.7 MHz的滤波 跨越6 GHz的谱带。这项工作没有集成一个调制器，但它暗示了一个潜在的更简单的制造路径，将涉及更少的材料。

也就是说，悉尼团队的方法可能需要比硅能提供更好的声学性能。研究人员已经 知道布里渊效应 一百多年了，但近几十年来又引起了新的兴趣。在过去，研究人员用它在光脉冲中存储信息，然后再传输，这一技巧可以避开光转换成电的需要。

当然，集成光子芯片的梦想有许多可移动的部分。悉尼的研究人员 写 其他人制造的调制器正在快速改进，这也将有助于他们的技术。相关技术的其他进展可能有利于其他一些集成光子芯片的进一步研究。